CN1714592A - 在蜂窝通信网络中分配信道的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种在蜂窝通信网络中的信道分配方法，其中无线信道被选择来在具有潜在干扰信号的环境中建立连接，该方法包括：建立候选无线信道；处理具有潜在干扰信号的候选无线信道并为被选择的候选无线信道的载波频率和潜在干扰信号计算载波干扰比(CIR)；计算主干扰比(DIR)，该主干扰比是最强的潜在干扰信号与其他潜在干扰信号的比；以及在选择过程中使用基于主干扰比和载波干扰比的至少一个的标准来为要被建立的连接选择信道。

Description

在蜂窝通信网络中分配信道的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种在蜂窝通信网络中分配信道的方法和系统。

背景技术

动态频率和信道分配(DFCA)是现有蜂窝通信网络的特征，其通常在基站控制器(BSC)的基站(BSS)中执行。该特征通过在GSM网络中动态地分配信道来提供容量增益和操作的简易性。

它还提供空中接口资源管理，其中基于正在讨论的连接所需的服务质量(QoS)而将资源用于每个连接。对于诸如呼叫、数据连接等等的服务，存在描述服务质量的参数(服务质量，QoS)，其可以被定义或已经被预先定义并且其可以表示为载波干扰比(C/I)或表示为例如在一段时间内在一个方向上运动的保证吞吐量。从可使用的信道中，选择尽可能满足所述服务设置的需要的信道。对于不同的服务，存在描述服务质量的不同级别的参数，因此例如具有较低C/I级别的信道能够主要被为语音通信分配，例如具有较高C/I级别的信道相应地主要被为数据服务分配。

DFCA无线资源管理系统基于在每个连接建立过程中能够被分配的所有可能的信道上(例如时隙和频率结合)的连接质量(C/I级别)动态地维持一个矩阵。该矩阵提供分配具有最适合于用于所讨论的连接的C/I级别的信道的可能性。例如，如果移动用户进行一个预定理想服务级别是C/I＝12的VoIP呼叫，将选择频率和时隙的结合(例如在基站控制器中)，其提供一条C/I级别优选地高于或等于所述服务的理想级别的信道。

这通过提供一种方法来实现，在该方法中信道被分配给正被建立的连接，其中通过显示对移动分配列表的移动分配索引偏移量来使用移动分配列表的信道频率。此外，使用单路或双路干扰测量算法，或者小区内部切换(HO)扩展双路干扰测量算法，利用该算法，将要使用的信道将总是从满足为所讨论的服务连接设置的质量要求的C/I范围内被分配。特别地，双路干扰测量方法的特征在于，如果该连接使用的信道位于期望的某些极限值之间的C/I范围内，其他随后使用的信道并不以连接将移出期望的C/I范围的方式改变所述连接的C/I级别。被小区内部切换HO扩展的双路干扰测量算法的特征尤其在于，如果在它的服务信道上试图从期望的C/I范围内获得信道的新连接没有从任何空闲的时隙中发现合适的信道，那么在已经被其他连接使用的连接中，在所述C/I范围内搜索用于新连接的信道。如果满足为第二连接设置的质量需求的新信道能够从所述C/I范围内被发现用于所述第二连接，那么基于C/I的HO算法将信道从第二连接变换成要建立的新连接。

基站的时隙被同步。这表示收发信机(TRX)的某个时隙(TS)只被相邻小区的收发信机(TRX)的相应时隙干扰。循环频率跳变被用来实现频率分集，并且整个网络只需要一个频率跳变列表，但是也可以使用多个列表。

概括地说，使用一种方法实现DFCA，该方法在通信网络中分配无线信道，该通信网络包括：至少一个基站(BTS)，其定义了一个小区；和在所述小区范围内的移动站，所述移动站与所述基站在无线信道上通信，在该方法中来自MS的相邻小区信号电平测量值和实时相邻小区信道占用信息被收集，这样来自所述小区的最适合无线信道最终被分配。

存在着许多不同的动态信道分配方案，其中一些在整个网络上以一种优选方式依赖于基于干扰减少的选择，其中一些考虑其他信道选择的标准。

目前，还存在一些能够提供重要链路电平增益的干扰消除技术，但是这些增益非常依赖于干扰的性质和其他因素。目前，动态信道分配方案并不完全考虑使用干扰消除技术所获得的链路增益改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够从干扰消除技术中获得好处的信道分配方案。

在本说明书中，使用(如在GSM系统中规定的)时隙和射频的适当结合建立无线信道。

根据本发明的第一方面，提供一种在蜂窝通信网络中信道分配的方法，其中无线信道被选择来在具有潜在干扰信号的环境中建立连接，该方法包括：建立候选无线信道；处理具有潜在干扰信号的候选无线信道并为被选择的候选无线信道的载波频率和潜在干扰信号计算载波干扰比(CIR)；计算主干扰比(DIR)，该主干扰比是最强的潜在干扰信号与其他潜在干扰信号的比；并在选择过程中使用基于主干扰比和载波干扰比的至少一个的标准来为要被建立的连接选择信道。

本发明尤其有利于在候选无线信道和潜在干扰信号已经使用干扰消除技术处理的情况。在这种情况下，主干扰比被用来建立关于由干扰消除技术提供的增益的指示，该增益用来为信道选择建立标准。

干扰消除增益能在使用载波干扰比作为信道选择过程的标准基础之前用来修改载波干扰比的估计值。在该选择过程中使用的一条标准可以是被计算的载波干扰比和目标载波干扰比之间的最小差值的最大值。

在该选择过程中使用的另一条标准可以是在要被建立的连接干扰的一组n个连接上取的平均主干扰比。

干扰消除技术提供的增益能够使用预定函数从主干扰比中建立。

本发明的另一个方面是提供一种系统，用于在蜂窝通信网络中的信道分配，其中无线信道被选择用于在具有潜在干扰信号的环境中建立连接，该系统包括：建立候选无线信道的装置；处理具有潜在干扰信号的候选无线信道并计算基于被选择的候选无线信道的载波频率和潜在干扰信号的载波干扰比(CIR)的装置；计算主干扰比的装置，该主干扰比是最强的潜在干扰信号与其他潜在干扰信号的比；该系统还包括使用基于主干扰比和载波干扰比的至少一个的标准来实现为要被建立的连接选择信道的选择过程的装置。

如以下更全面的描述，本发明的实施例提供一种基于考虑由干扰消除技术提供的链路增益的标准来评价可用无线信道的方法。在优选实施例中，讨论其目标为最大化干扰消除增益并由此最大化网络容量的信道选择标准。本发明适用于任何信道分配方法，这些方法利用基于网络中无线信道应用的实时或准实时知识的载波干扰比的估计值。其中一个实例就是上述的现有动态频率和信道分配的网络特征。

如下面实施例所述，在动态信道分配功能下为每个可用无线信道计算主干扰比和载波干扰比。然后以从在链路上使用的任何干扰消除技术中获得最大利益的方式在动态信道分配的判决中使用DIR和CIR的知识。

附图说明

为了更好地理解本发明并显示如何实现本发明，通过示例的方式对附图作出参考，其中

图1是显示具有两个移动站的两个基站的示意图；

图2是信道选择方案的示意框图；以及

图3是显示从DIR确定IC增益的函数的图。

具体实施方式

图1显示蜂窝通信网络的部分，其中2个移动站由2个不同基站(BSa，BSb)服务。当然，在实践中，将有多个基站被组织来服务于蜂窝网络中的多个小区并且许多移动站使用该网络。图1显示了基站BSb通过一个已经建立的通信信道2与第一移动站MS0通信。另一个通信信道4将被建立在基站BSa和第二移动站MS1之间。因为网络中其他活动，基站BSa被许多其他潜在干扰信号影响，这些干扰信号在图1中被标为l1，l2…li。相似地，移动基站被干扰信号影响。这表示来自网络中其他移动用户和/或基站的信号。也有来自网络中噪声的干扰。

这里讨论的系统的目的在于选择一条信道作为通信信道4，尽可能地减小整个网络上的干扰的影响。在以下讨论中，单路干扰指的是由到候选无线信道的其他正在进行的连接产生的进入的干扰，所述候选无线信道是被考虑来选择提供通信信道4的无线信道。在图1的实例中，其是由其他信号l1，l2…li(和来自BSb的信号)组成的干扰。如果该特定候选无线信道用来建立新连接信道4的话，双路干扰指的是影响正在进行的连接的、由新连接产生的流出的干扰。在这种情况下，新信道4将会对图1的已建立信道2有影响。在图1中只显示下行链路干扰信源，因为这里讨论的干扰消除技术适用于下行链路(从BS到MS)。上行链路干扰被考虑在CIR估计中，而不是在DIR计算中。

动态频率和信道分配(DFCA)是基站控制器BSC内的基站子系统BSS提供的现有网络特征，该基站控制器BSC在GSM网络中动态地分配信道。也就是说，基站控制器BSC以减小网络中总干扰的方式分配信道到进入的移动站。此外，用于现有链路的信道可以被DFCA特征动态地改变，如果这能有助于减小总干扰的话。这里描述的系统在信道选择过程中向现有DFCA功能加入使用主干扰比(DIR)的概念。该主干扰比被定义为最强干扰信号电平与其他干扰信号的信号电平和噪声电平之和的比。其表示为下面的等式1：

$\mathrm{DIR}=\frac{I_{\mathrm{dom}}}{\mathrm{\ΣI}-I_{\mathrm{dom}}+N}...\left[1\right]$

其中I_dom为主干扰信号的信号电平，∑I是所有干扰信号电平之和，N是背景噪声电平。

图2是在根据MS能力选择最合适无线信道的基站控制器BSC提供的信道选择方案的框图(即，如果MS正在使用一些IC技术，那么考虑IC增益使用DIR信息来执行分配)。将理解，图2所示的功能组件可以实现为功能块或计算机程序或任何合适的软件/硬件组合。

图2的方案显示了计算DIR的DIR计算块12，和估计载波干扰比CIR的CIR计算块14。IC增益块16从DIR中计算干扰计算增益。这可以通过使用函数IC_gain(DIR)来实现，该函数返回IC_gain给某一DIR。为了考虑系统使用的IC技术提供的链路电平增强，该增益用来在CIR校正块15校正CIR估计。将理解可以执行任何已知类型的干扰计算技术，但是这并没有显示在图2中。

在IC增益块16中使用的函数的实例显示在图3中。为了选择一条信道，通过依次将每一个候选无线信道应用到CIR估计块14来依次评估多个候选无线信道。通过稍后讨论的一些标准根据DIR和被校正的CIR来排序每条信道(图2中的块18)。当所有的信道已经被评估(块19)，那么最终根据上述指定的标准选择最好的一个(块20)。

如果干扰消除技术在移动站MS中执行的话，使用上述方案，如块13所确定的那样。如果不是这样，就执行传统CIR估计14和信道排序18。

现在将描述处理候选无线信道以用于选择的方法。在下面的描述中，将理解提到的CIR估计在CIR估计块14中执行并在需要的时候沿着连接28返回到DIR估计块12以计算DIR。但是，将理解图2中的块仅仅是解释的目的，本发明可以以任何合适的方式执行，尤其是块12，14和16可以被结合在合适编程的处理器中。

单路DL CIR计算

不考虑IC增益的单路下行链路(DL)CIR可以用下式计算：

$\frac{C}{I_{1-\mathrm{wayDL}}}=\frac{C}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(I_{1-\mathrm{wayD}{L}_1}-\mathrm{PWR}\_{\mathrm{reduction}}_{D{L}_1})}...\left[2\right]$

其中C是服务小区最大下行链路信号电平，I是不考虑可能的干扰连接的下行链路TX功率缩减量的每条干扰连接的下行链路信号电平。PWR_reduction是干扰连接采用的目前下行链路TX功率缩减量。

如果忽略主干扰，那么单路DL CIR能够计算为如下：

$\frac{C}{I_{1-\mathrm{wayDL}\_\mathrm{non}-\mathrm{dom}}}=\frac{C}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(I_{1-\mathrm{way}{\mathrm{DL}}_1}-\mathrm{PWR}\_\mathrm{reductio}{n}_{D{L}_1})-(I_{1-\mathrm{way}{\mathrm{DL}}_{\mathrm{dom}}}-\mathrm{PWR}\_{\mathrm{redction}}_{{\mathrm{DL}}_{\mathrm{dom}}})}$

这些CIR测量值被应用到DIR计算块14，其中单路DL DIR能够计算如下：

${\mathrm{DIR}}_{1-\mathrm{wayDL}}=\frac{C}{I_{1-\mathrm{wayDL}}}-\frac{C}{I_{1-\mathrm{wayDL}\_\mathrm{non}-\mathrm{dom}}}...\left[4\right]$

所使用的IC技术的增益可以被确定为IC_gain块16中的DIR的函数，如上所述。当要被应用到被分配信道的可能初始功率缩减量如下面确定的话，就使用图3的函数：

$\mathrm{PWR}\_\mathrm{reductio}{n}_{D{L}_{\mathrm{new}\_\mathrm{ch}}}=\min (\frac{C}{I_{1-\mathrm{wayDL}}}+{\mathrm{IC}}_{\mathrm{gain}}\left({\mathrm{DIR}}_{1-\mathrm{wayDL}}\right)-\frac{C}{I_{t\arg \mathrm{et}\_\mathrm{DL}}},\mathrm{PWR}\_\mathrm{reductionma}{x}_{\mathrm{DL}})...\left[5\right]$

其中C/I_target是被优选用于新连接的CIR，PWR_{_reductionmax_DL}是最大允许的DL TX功率缩减量。

在新信道(包括IC增益)上提供的CIR与优选CIR(C/I_target)的差值可以用下式计算：

$\frac{C}{I_{\mathrm{Diff}\_1-\mathrm{way}}}=\frac{C}{I_{1-\mathrm{wayDL}}}+{\mathrm{IC}}_{\mathrm{gain}}\left({\mathrm{DIR}}_{1-\mathrm{wayDL}}\right)-\mathrm{PWR}\_\mathrm{reductio}{n}_{\mathrm{DLnew}\_\mathrm{ch}}-\frac{C}{I_{T\arg \mathrm{et}\_\mathrm{DL}}}...\left[6\right]$

该CIR差值显示了新信道DL CIR相对于优选CIR目标的差。CIR差值为0表示实现了目标CIR。正的CIR差值表示CIR高于CIR目标并且DL TX功率被减小到最小。负的CIR表示信道DL CIR小于CIR目标并使用最大DL TX功率。

双路DL CIR计算

(这些计算被实现于能够被新连接干扰的每个正在进行的连接(n))

该双路DL CIR能够计算如下：

$\frac{C}{I_{2-\mathrm{wayDL}\_\mathrm{PW}{R}_n}}=\frac{C}{I_{2-\mathrm{wayD}{L}_n}}-\mathrm{PWR}\_\mathrm{reductio}{n}_{D{L}_n}+\mathrm{PWR}\_\mathrm{reductio}{n}_{\mathrm{DLnew}\_\mathrm{ch}}...\left[7\right]$

其中如果信道分配使用目前正被检查的无线信道来实现的话，C/I_2-wayDL是被估计来影响正在进行的连接的CIR。C/I_2-wayDL能够从受干扰的连接或从背景干扰矩阵(BIM)的DL测量报告中获得，其包括基于测量报告统计特性而统计确定的CIR。

在新连接分配之后被干扰的连接的DIR能够计算如下：

其中C/I_{2-way_old}是在新信道分配之前的由被干扰连接经历的CIR，DIR_{2-way_old}是在新信道分配之前的由被干扰连接经历的DIR。

相对于包括IC增益影响的CIR目标的CIR差值现在能够计算如下：

$\frac{C}{I_{\mathrm{Diff}\_2-\mathrm{wa}{y}_n}}=\min (\frac{C}{I_{2-\mathrm{way}\_\mathrm{PW}{R}_n}},\frac{C}{I_{2-\mathrm{way}\_\mathrm{ol}{d}_n}})-\frac{C}{I_{t\arg \mathrm{et}\_2-{\mathrm{way}}_n}}+{\mathrm{IC}}_{\mathrm{gain}}\left({\mathrm{DIR}}_{2-\mathrm{way}\_\mathrm{ne}{w}_n}\right)...\left[9\right]$

确定最限制的CIR差值和平均DIR

在单路和双路计算之后，最限制的(最小)CIR差值确定如下：

$\frac{C}{I_{\mathrm{Diff}\_\min }}=\min (\frac{C}{I_{\mathrm{Diff}\_1-\mathrm{way}}},\frac{C}{I_{\mathrm{Diff}\_2-{\mathrm{way}}_n}})...\left[10\right]$

平均DIR如接下来的块(11)计算：

$\mathrm{aveDIR}=\frac{{\mathrm{DIR}}_{1-\mathrm{way}}+\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{DI}{R}_{2-\mathrm{way}\_\mathrm{ne}{w}_i}}{n+1}...\left[11\right]$

信道排序

在对所有可用候选无线信道执行单路和双路计算之后，这些候选无线信道根据分配优选顺序在信道排序块20中被排序。提出两种可能的排序标准。

标准1：通过使用可调整的加权因子a和b，该标准基于最小CIR差值和平均DIR的最大值。然而，如果对于所有候选信道的最小CIR差值是负的，表示CIR目标是不能实现的，那么这些信道只基于最小CIR差值被优先化。

标准1可以表达为如下：

标准2：该标准目标在于当实现CIR目标的时候，网络中平均DIR的最大化。如果CIR目标没有被任何候选无线信道实现，那么这些信道只基于最小CIR差值被优先化。标准2能够被看成是标准1的特殊情况，就好象它相当于其参数a被设置为0、参数b被设置为1时的标准1。

作为采用排序标准的结果，信道排序表格显示了所有可用的无线信道，并且对每一个信道被确定的排列可以被编辑。这样一个排序的表格的实例，表格1，如下所示。对于信道分配要使用的信道可以从该表中选择。最优先的信道就是具有最低排序的那个信道。

表1

TSL	MA	MAIO	MinC/I diff	AveDIR	PWR red(UL+DL)	排序标准1	排序标准2
								0	1	0	5	7	12	5	5
0	1	1	0	5	6	9	8
								0	1	2	0	3	8	11	11
0	1	3	-4	6	0	14	14
								0	1	4	7	9	12	2	3
0	2	0	0	4	8	10	9
								0	2	1	0	1	4	13	13
0	2	2	4	8	10	5	4
								0	2	3	9	6	8	3	7
0	2	4	2	4	8	8	9
								1	1	0	8	12	12	1	2
1	1	1	-6	10	0	15	15
								1	1	2	0	2	8	12	12
1	1	3	0	14	10	4	1
								1	1	4	2	7	12	7	5

上述系统提供了很多优点。

使用干扰消除技术提供的增益能够考虑一条候选无线信道的最终CIR估计值。这表示信道选择能够基于被调整的CIR，其中IC增益已经被考虑了。因此，信道选择基于逼真的CIR估计值，这就产生更加精确的信道选择和更好的网络质量和/或更高的网络容量。

对于特定无线信道的被估计的DIR能够被用在选择标准中，该标准用于在动态信道分配功能的分配过程中。这允许定义目标为最大化整个网络的IC增益的选择标准，从而使干扰消除的优点被最大程度地利用。这同时产生更好的网络质量和/或更高的网络容量。

Claims (12)

1.一种在蜂窝通信网络中的信道分配方法，其中无线信道要被选择来在具有潜在干扰信号的环境中建立连接，该方法包括：

建立候选无线信道；

处理具有潜在干扰信号的候选无线信道并为被选择的候选无线信道的载波频率和潜在干扰信号计算载波干扰比(CIR)；

计算主干扰比(DIR)，该主干扰比是最强的潜在干扰信号与其他潜在干扰信号的比；以及

在选择过程中使用基于主干扰比和载波干扰比的至少一个的标准来为要被建立的连接选择信道。

2.如权利要求1所述的方法，其中候选无线信道和潜在干扰信号使用干扰消除技术处理。

3.如权利要求2所述的方法，其中主干扰比被用来建立关于由干扰消除技术提供的增益的指示，该增益用来为信道选择建立标准。

4.如权利要求3所述的方法，其中干扰消除增益能在使用载波干扰比作为信道选择过程的标准基础之前用来修改载波干扰比的估计值。

5.如上述任何一个权利要求所述的方法，其中在该选择过程中使用的一条标准是被计算的载波干扰比和目标载波干扰比之间的最小差值的最大值。

6.如上述任何一个权利要求所述的方法，其中在该选择过程中使用的一条标准是在被要建立的连接干扰的一组n个连接上取的平均主干扰比。

7.如权利要求3所述的方法，其中干扰消除技术提供的增益能够使用预定函数从主干扰比中建立。

8.一种在蜂窝通信网络中的信道分配系统，其中无线信道要被选择用于在具有潜在干扰信号的环境中建立连接，该系统包括：

建立候选无线信道的装置；

处理具有潜在干扰信号的候选无线信道并计算基于被选择的候选无线信道的载波频率和潜在干扰信号的载波干扰比(CIR)的装置；及

计算主干扰比(DIR)的装置，该主干扰比是最强的潜在干扰信号与其他潜在干扰信号的比；该系统还包括使用基于主干扰比和载波干扰比的至少一个的标准来实现为要被建立的连接选择信道的选择过程的装置。

9.如权利要求8所述的系统，该系统包括将干扰消除技术应用到候选无线信道和潜在干扰信号的装置。

10.如权利要求9所述的系统，该系统包括使用主干扰比来建立关于由干扰消除技术提供的增益的指示的装置，该增益用来为信道选择建立标准。

11.一种在蜂窝通信网络中的基站控制器，其包括根据权利要求8，9或10的系统。

12.一种蜂窝通信网络，包括多个基站，至少其中一些基站包括根据权利要求8，9或10的系统。

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